扇形地的类型辨析及区分方法探讨

陈同德,焦菊英,2,林 红,王颢霖,赵春敬,章志鑫

(1.西北农林科技大学 水土保持研究所 黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室,陕西 杨凌 712100;2.中国科学院 水利部 水土保持研究所,陕西 杨凌 712100)

在全球土地资源供需矛盾日益凸显，人地关系日趋紧张的背景下，如何缓解人地矛盾是当下人类社会的一个重要任务[1]。中国人口不断增长，人地关系也日益紧张，尤其在中国西南[2]、西北[3]山区以及南方山地丘陵区[4]等区域表现的更为突出，部分区域人地关系甚至已出现不可持续的态势[3]。主要原因是由于山区地形、气候和自然灾害等因素的限制，适宜开发的土地资源非常短缺，同时山区人口近年来增长速度较快，造成山区人地矛盾更为突出[5]。冲积扇、洪积扇、冲洪积扇、泥石流堆积扇和崩岗洪积扇等扇形地在中国山区(包括丘陵区)广泛分布[6-8]，是山区珍贵的土地资源。虽然洪积扇、泥石流堆积扇等扇形地面临洪水、泥石流等自然灾害的威胁，但是由于其地势相对平坦，土壤肥力较高等因素，扇形地仍是山区人民生产和生活的重要区域[8-11]。扇形地的研究主要集中于扇形地的形成和演化[12]、物质组成[13]、发育影响因素[14]、沉积特征[15]，以及扇面土壤理化性质[16]和开发潜力[8]等方面。尽管扇形地的研究涉及的方面较多，但现有研究对扇形地的概念和类型尚未形成共识。扇形地相关基础概念的不确定，不利于其形成机制、地表环境以及开发利用等方面的深入研究，也不利于扇形地研究之间的横向对比。另外，不同扇形地的地貌、物质组成和地表环境特征不同，人类对扇形地的利用特征也有较大差异，科学区分扇形地类型对生产建设和山区防灾意义重大[11]，然而目前少有研究对此进行关注。

本文通过梳理国内外关于扇形地的研究，对各类扇形地发育的区域、气候、主导因素、概念及命名方式等进行整理，据此提出扇形地概念和类型研究中存在的问题，并对各类扇形地的命名进行统一。另外，对各类扇形地主要的利用特征和地表环境问题进行分类论述，探讨各类扇形地的差异，以期为扇形地合理开发、利用和保护提供参考依据。

1 扇形地的类型

山前扇形地貌，根据其形成过程和主导形成因素，主要分为洪积扇、崩岗洪积扇、冲积扇、冲洪积扇和泥石流堆积扇等类型，被统称为扇形地(fan-shaped land)[17-18]。

各类扇形地，其主要的发育环境、发育历史、地貌形态、物源组成和扇面沟道形态等方面均有不同，扇形地的子类型多基于上述几类特征进行划分。①洪积扇主要发育在干旱、半干旱山区，是暂时性或者季节性河流携沙砾卵石等出山口后形成具有多河床辫流的一种扇状地形，一般由多次洪积过程形成[19]。有学者根据洪积扇的形成时间和立地类型，对洪积扇进行了二级分类。根据形成时间，洪积扇分为古代洪积扇、现代洪积扇和多期洪积扇，且古洪积扇的规模较其他两类洪积扇大，其中：古洪积扇多分布于中高山区及河流中下游区，自身坡度5°～10°，一般无滑坡及大的坍塌体，山体边坡稳定，适宜农耕和居住[20]；现代洪积扇仍处于发育阶段，扇体植被稀疏，且多为杂草和灌木，扇上洪积过程破坏力强，对人类生产活动危害大；多期洪积扇主要是由于地壳间歇性上升使得洪积扇后缘冲沟间歇性后退，在不同高程上分布不同时间形成的洪积扇，分布于顶端的形成年代最晚，这类洪积扇主要分布于河流上游，如西藏年楚河满拉和雄拉一带[21]。根据立地类型，洪积扇可划分为砂土质洪积扇、灰钙土洪积扇和山洪侵蚀沟壑洪积扇[22]。②崩岗洪积扇是中国南方特有的一类扇形地[18]，指崩岗侵蚀发生后，洪水携带崩积物至丘陵山地沟口后形成的扇形地[16]，也有人称之为崩岗冲积扇[23]。崩岗洪积扇的研究在中国尚处于发展阶段，有关其子类型划分的研究目前较缺乏。③冲积扇是具有经常性水流的山地河流，由于河流河床固定，冲积物出山口后可继续被携带到较远区域，通过河床摆动，形成的延伸很广、坡度较缓的扇状地貌[19]。冲积扇根据发育的气候区、扇面河流形状和物源组成等也有多种二级类型划分。根据冲积扇所处气候区，冲积扇可分为湿润扇和干旱扇[24]。根据冲积扇扇面上河流的形状，可将冲积扇分为网状河型冲积扇、辫状河型冲积扇和曲流河型冲积扇[25]。根据冲积扇物源组成的粗细程度，冲积扇可以分为粗粒冲积扇和细粒冲积扇，主要区别为粗粒冲积扇的沉积物粒度整体偏粗，其物源区母质岩以火山岩和变质岩为主，而细粒冲积扇的沉积物粒度整体偏细，区物源区母质岩以碎屑沉积岩为主[26]。一些山区的河流水量季节性变化较大，暴雨季节易形成洪流，易在冲积扇上叠加形成洪积扇，这种在山麓地带形成的扇形地称之为冲洪积扇[19]，但这类扇形地的主体部分仍为冲积扇。④泥石流堆积扇[27]是由泥石流过程主导形成的一种特殊扇形地，又称之为泥石流冲积扇[8]或泥石扇形地[28]。对于泥石流堆积扇，根据其成因、发育历史、地貌形态、物源组成和人类活动等，具有多种二级划分方法[29]，如根据地貌形态，泥石流堆积扇可分为扇形、椭圆形、长条形、银杏叶形、透镜形以及上叠形等6类[30-31]；根据泥石流堆积扇组合形式可将其分为扇顶融合型、扇缘结合型和阻河型等3类[31]；根据泥石流堆积扇的发展趋势可分为发展期、旺盛期和停止发展期3类[29]；根据泥石流堆积扇的变形方式可将其分为镶嵌式、累叠式、侧向镶嵌式和串珠式4类泥石流堆积扇，其中串珠式泥石流堆积扇，除了受到新构造运动的影响外，还受到人为活动的作用(修建泥石流导排槽，在末端形成新的泥石流堆积扇)[32]。

2 扇形地的命名

本文对中国几个典型区域扇形地所在的区域气候、主导形成因素及命名整理，整理结果详见表1。

由表1可以看出，扇形地在中国湿润区、半湿润区、半干旱和干旱区均有分布，主导因素有河流、洪水和泥石流。

表1 国内文献中对扇形地貌的命名

现有关于扇形地的命名方式多以其形成的主导因素为依据，河流作用下形成的扇形地貌被称之为冲积扇(alluvial fan)，而泥石流、洪水等暂时性流水作用下形成的扇形地貌，其命名和对应英文翻译方式较多。如洪积扇(alluvial fan，diluvial fan，proluvial fan或pluvial fan)、泥石流堆积扇(alluvial fan)、泥石流冲积扇(alluvial fan of debris flows)、泥石流扇形地(debris flow alluvial fan)、崩岗洪积扇(collapsing alluvial fan)和崩岗冲积扇(alluvial)等。

Alluvial fan为中国各扇形地命名最多的翻译方式(见表1)，以alluvial fan为关键词，查询国外相关研究，发现在所有陆地环境中，都有alluvial fan分布，包括阿尔卑斯山脉、热带潮湿地区、中纬度潮湿地区、地中海地区、冰缘区和干旱及半干旱地区[42]。不同区域的alluvial fan有不同的形成过程[43]，意大利Apennines山脉的alluvial fan分为泥石流过程主导型的alluvial fan和洪水过程主导型的alluvial fan[44]，分别称之为为debris flow dominated fan和water flood dominated fan，对应中国的泥石流堆积扇和洪积扇。土星第6号卫星的alluvial fan也主要由河流过程(fluvial processes)和泥石流过程(debris flows)形成，分别被称为debris flow fan(泥石流堆积扇)和fluvial fan(河流扇，即冲积扇)[45]。美国印第安州西南部，由季节性溪流(ephemeral stream )携带高处的森林枯落物和土壤物质(soil materials)到沟口处形成alluvial fan(洪积扇)[46]。以中国扇形地的其他翻译方式为关键词查询英文文献，如diluvial fan，proluvial fan和collapsing alluvial fan等词(表1)，发现文献作者基本为中国学者，因此可以判断国外对冲积扇、洪积扇、泥石流堆积扇等基本统称为alluvial fan[47]，是个泛指扇形地的名词(见表2)，缺乏较为细致的分类。

表2 国外文献中对扇形地貌的命名

中国目前对部分扇形地的命名有所混淆，如部分洪积扇被称之为冲积扇[39]，部分泥石流堆积扇被命名为洪积扇[34]，崩岗洪积扇和泥石流堆积扇也有研究称之为崩岗冲积扇[23]和冲积扇[40]。命名的混乱主要表现在“洪积”和“冲积”的混用，洪积过程是指洪水携带的沙石等物质发生沉积的过程，是个暂时性或者季节性的过程，而冲积过程是非季节性河流携带的物质发生沉积的过程，这两类过程形成的扇形地有较大区别，说明中国部分研究对于各扇形地的概念没有形成一致，命名和翻译的形式也较为多样(见表1)。另外，国内和国外对各扇形地的命名并不一一对应。中国扇形地的命名多样，而国外大部分研究对扇形地的命名为alluvial fan，少有细致分类(见表2)。概念和命名的混乱不利用扇形地的科学利用和深入研究。前人处理命名混乱的主要方法为：将冲积过程和洪积过程下形成的扇均统称为冲积扇(alluvial fan)[53]，但这类方法对于研究扇形地地貌发育规律和形成影响因素等方面可能有益，因为扇形地的发育均和构造、气候、水文条件和集水区等因素有关，然而在人类利用扇形地土地资源的视角而言，这类处理方式可能有所欠缺。由上文可知，各类扇形地形成过程及其主导因素不同，因此形成的地貌形态和地表物质组成也有不同。同时，扇面上人类的生活和生产活动与扇形地的地表环境息息相关，但各扇形地的地表环境也有所差别，由此造成各类扇形地的利用特征的不同，下文将从这两个方面论述各扇形地的区别。

3 扇形地的利用特征和地表环境

3.1 冲积扇

冲积扇形成的主要动力来源为常流水(河流)，其沉积过程稳定，形成的扇面一般较为宽广，坡度缓，地表多细颗粒，其地表环境适合人类生产活动，土地利用方式多种多样，包括城镇建设用地、工业用地和农业用地等，因此中国众多城市在冲积扇上逐步发展起来[54-56]。城市的分布与冲积扇形成的年代有关，例如，在永定河冲积作用下形成的冲积扇，其历史时期总共包括3期，由西北至东南方向分布，北京市中心处于第一期(第四纪)冲积扇上，通县(今为通州区)、南苑(今位于丰台区和大兴区)等位于第二期(同处第四纪但晚于第一期)，河北雄县、坝县位于第三期(公元12—17世纪)[9]，这与目前北京及环线的发展程度一致。新疆玛纳斯河山麓冲积扇上的城镇分布也与冲积扇的形成时期有关，城镇基本分布于形成于晚更新世至全新世中期(3 600～27 000 a前)形成的冲积扇上，而形成于距今千百年的冲积扇基本无城镇分布[57]。冲积扇的规模也影响着城市的分布，黄河冲积扇是晚更新世至全新世晚期以来形成的古、老、新多期洪积扇形式的复合冲积扇，规模巨大，延伸410 km，其面积为72 144 km2，扇面地跨河南、河北、山东、江苏和安徽等5省，分布有众多城市群[54]；而形成于中国昆仑山北麓冲积扇的冲积扇一般在南北方向延伸40～70 km[58]，难以有大城市的分布。这两个区域冲积扇的地貌分布规模存在很大差异，主要原因是因为区域气候条件、地质条件和演化历史不同，造成冲积扇地貌特征的不同[59]。冲积扇面临的地表环境问题主要由人类对冲积扇的过度开发引起，如分布于中国黑河流域的冲积扇扇缘部分，由于城市扩张和人口聚集，抽水造成地下水下降，扇中的地下水位也随之下降，中低覆盖度的草地退化成戈壁[60]；内蒙古大青山地处农牧交错带，山前分布有较多冲积扇，清代康熙雍正乾隆期间以来，当地人民对冲积扇进行了大规模的开垦和种植，由于过度开发利用，土壤沙化，形成大片弃耕的砂质撂荒地，冲积扇的地表环境持续恶化[61]；位于伊拉克南部的Al-Batin冲积扇，当地人们的生活用水和农业用水几乎全部来自于冲积扇的地下水，但地下水中铀、锶、钒、镍、铬、硼和钼等微量元素含量过高，这类元素被释放至冲积扇地表后，对当地的生态环境产生严重威胁[62]。

3.2 洪积扇

洪积扇形成的动力来源为季节性流水，形成的扇面规模较冲积扇小，且坡度更陡[45]，地面的起伏度和侵蚀沟的发育程度一般比冲积扇大[63]。洪积扇的地形地貌、规模、物质组成和环境问题造成人类对其的开发利用程度不如冲积扇，多有乡镇或者村庄分布。洪积扇地表的环境问题多为洪水和土壤侵蚀的威胁。伊朗分布有众多洪积扇，洪积扇的土壤较肥沃，因此洪积扇多被开发为居住用地和农业用地，但同时也饱受洪水灾害，在过去的60 a，有两个洪积扇发生的洪水次数高达240次，严重影响了农业生产[64]。巴基斯坦北部的Chitral河两岸，分布有大量洪积扇，被开发成果园、农田或者居民用地，但受到洪水灾害影响较大[65]。西藏中部河谷地带的洪积扇水土环境相对较好，分布有大量的村庄、农田和牧草地等[66]，如曲水县茶巴拉乡，全乡90%以上的村庄和95%以上的农田均分布于古洪积扇上[20]，但洪积扇地表冲沟发育明显，严重影响当地农牧业生产和村落的安全[67]。同时，区域环境背景也影响着洪积扇的地表环境，比如因黄河源区整体沙漠化发展，山麓洪积扇在1986—2000年也处于沙漠化加剧过程[68]；西藏洪积扇上的沙堆因所处区域环境不同而处于不同的活动状态，藏东南的洪积扇上沙堆多以固定、半固定为主，藏南雅江流域以固定、半固定和部分流动沙丘为主，而在藏北、藏西北则以流动沙丘为主[69]。因此在科学利用扇形地时，除考虑扇形地本身的地貌特征和地表环境时，也需考虑区域环境背景的差异。例如，分布于宁夏地区的洪积扇，地处干旱半干旱气候区，其区域背景环境表现为干燥少雨，水资源匮乏，因此扇体的承载力有限，但近年来一些分布于扇体上的乡镇人口逐渐增加、人类活动加剧，导致扇体水资源紧缺，因此洪积扇地表环境质量不断下降[70]。

3.3 泥石流堆积扇

在相同的背景条件下，泥石流堆积扇的规模要小于洪积扇，且组成物质的分选性和坡度大于洪积扇[11]。与洪积扇类似，泥石流堆积扇也因规模、地貌和地表环境的影响，其土地利用程度不高，没有城市分布，多为被开发为村庄或者乡镇[11]。泥石流堆积扇有高级、中级和低级3类开发模式，分别对应乡镇建设、村寨建设和农业开发，高级模式的泥石流堆积扇基本处于稳定状态，而初级开发模式的泥石流堆积扇受灾害风险最大[29]。在怒江高山峡谷区(六库至贡山段)分布的176个泥石流堆积扇中，79个泥石流堆积扇有居民分布，75个泥石流堆积扇有农耕地的分布，共涉及50个村[31]。泥石流堆积扇的地表环境问题主要为泥石流灾害。但在中国西南山区，泥石流堆积扇仍被辟为人类生活生产的重要场所[8]，目前一些扇上的耕地、林草地和居民地仍在增加[27]，在一些开阔的泥石流堆积扇上，还建有城镇或工厂，但因泥石流产生的损失较大[30]。如云南省贡山县北部丙中洛乡毕比里村分布于泥石流堆积扇上，2011年6月24日因发生泥石流，扇上500余间民房被摧毁[31]。泥石流堆积扇不同部位泥石流的危险性一般具有差异性，泥石流堆积扇上靠近泥石流沟的部位，尤其泥石流沟拐弯处，遭受泥石流的可能性较大[41]。

3.4 崩岗洪积扇

崩岗洪积扇是中国南方花岗岩丘陵区一类特殊的扇形地，是在崩岗侵蚀发生后，经由径流搬运至沟口形成的扇形地，其形成的主要影响因素为崩岗侵蚀和洪水(表1)。崩岗洪积扇也因规模和地貌的限制，多分布村庄和农业用地[10]，难以发展成城镇或城市。崩岗洪积扇地表环境问题主要由崩岗侵蚀和洪水引起。崩岗侵蚀产生的崩积物，经洪水搬运至崩岗洪积扇地表，洪积物掩埋毁坏农田和水利设施，引起地表沙化，使扇面农田逐步丧失可耕性[7,16]。崩岗洪积扇(江西赣县)土壤理化性质在空间分布上有显著分异规律：扇顶至扇缘，砾石和砂粒含量逐渐减少，黏粒和粉粒含量逐渐增加，肥力(土壤含水率、pH值、土壤有机质、土壤全钾、土壤全氮、土壤碱解氮、土壤速效磷、土壤全磷、速效钾和阳离子交换量)也随之增加，相比扇顶，扇中和扇缘肥力等级系数分别增加119.31%和157.93%[16]；湖北、福建和广东等地的崩岗洪积扇的土壤理化性质在扇根至扇缘也呈现上述规律，且各地崩岗洪积扇的扇根处，土壤可蚀性最大[71]，因此崩岗洪积扇土壤粗化沙化的程度一般在扇顶最为严重，扇中和扇缘次之[72]。

综上所述，冲积扇、洪积扇、泥石流堆积扇和崩岗洪积扇的利用特征和地表环境均有区别和差异，以空间尺度而言，冲积扇的规模一般要大于其他类型的扇形地；以利用程度而言，冲积扇一般也大于其他类型的扇形地。地表环境对于扇形地表人类的生活生产活动至关重要，良好的生态环境有利用人类生存。因此，如果不对各类扇形地进行合理区分，将不利于生产。如，有研究表明张掖市丹县西北处的冲积扇由于洪水冲刷其表层，形成众多细沟、浅沟和辫状、树枝状的冲沟，冲沟的形成使埋藏于冲积扇内部的管道易于暴露，严重威胁其运行安全[39]。但该研究中提到此扇形地由暂时性洪水冲积而成，应为洪积扇，而非冲积扇。若在布设管道之前，事先对区域分布的扇形地进行科学区分，对潜在的环境风险进行预防或者合理规避，将有利于人类的生产活动。因此，需要对各扇形地的概念和命名方式进行统一，以便于扇形地的科学利用。笔者建议利用各扇形地形成的主导因素对其进行命名，分别命名为冲积扇、洪积扇、泥石流堆积扇和崩岗洪积扇，对应的形成主导因素为河流、季节性流水(洪水)、泥石流、以及崩岗侵蚀和洪水。

4 区分扇形地地貌实体的方法

冲积扇在中国北方[53]、华南[73]和西南[74]均有分布，是分布最广泛的一类扇形地，而洪积扇一般分布于中国干旱、半干旱地区，泥石流堆积扇多分布于中国西南山区，而崩岗洪积扇均分布于中国南方花岗岩丘陵区，所以首先需要区分的是冲积扇和其他扇形地。首先，可利用冲积扇和其他扇形地的地貌特征和多期遥感影像进行判断(见图1)。冲积扇是由河流作用形成，因此冲积扇的扇体具有明显的固定沟道(河道)和常年流水；而洪积扇、泥石流堆积扇和崩岗洪积扇地貌实体均由季节性或者暂时性流水作用形成，扇体不具有固定沟道，也不具有常年流水[19]。由此得到冲积扇和其他类型扇形地之间两个最主要的区别：①是否有明显的固定沟道；②是否有常流水。通过这两个地貌特征结合多期影像即可判别冲积扇和其他扇形地。如中国新疆很多区域同时分布有冲积扇和洪积扇[58]，以库尔勒市(库尔勒市就处于冲积扇上，由孔雀河冲积形成[75])的冲积扇和洪积扇为例，二者地貌特征的区别：冲积扇由常流水作用形成，冲积扇上方有常流水分布，且形成的沟道固定，而洪积扇为季节性流水(多期遥感影像可判断是否有常流水)，沟道分布呈辫状(见图2)。在西藏拉萨河流域分布的堆龙曲冲积扇[76]和洪积扇地貌特征也呈现上述的规律(图3)。其次，需要区分的是崩岗洪积扇、洪积扇和泥石流堆积扇的地貌实体，崩岗洪积扇在中国只位于南方花岗岩丘陵区，且扇体上方一般具有崩岗侵蚀形成的“围椅状”地貌(图4)[77]，可直接由地理分布区分出崩岗洪积扇(图1)。最后，需要区分的是洪积扇和泥石流堆积扇的地貌实体，因为在中国西南山区，在一些流域同时分布有泥石流堆积扇和洪积扇，且规模上没有较大差异[11],加上植被的影响(见图5)，在分辨率较低的影像中难以进行准确区分。此时可通过高分遥感影像或者实地勘测，根据其物源组成和地貌特征进行区分(图1)。泥石流堆积扇地表物质的分选性很差，地表多砾石，且泥石流堆积扇的坡度要大于洪积扇[11]。因此，区分各类扇形地的地貌实体可通过地貌特征、地理分布、遥感影像和实地勘察等方法。

图1 区分各类扇形地地貌实体的方法

图2 新疆库尔勒市的孔雀河冲积扇(左)和洪积扇(右)(谷歌影像)

图3 拉萨河流域堆龙曲冲积扇(左)和洪积扇(右)(谷歌影像)

图4 广西苍梧县龙圩镇崩岗洪积扇[78](谷歌影像)

图5 林芝市米林县泥石流堆积扇[30](谷歌影像)

5 结 论

(1) 扇形地的概念和命名目前不统一。中国主要表现在冲积扇、洪积扇和泥石流堆积扇概念和命名有部分混淆；而国外目前少有对扇形地的二级划分，统称为alluvial fan。笔者建议利用扇形地形成的主导因素对其命名进行统一，分别为冲积扇、洪积扇、泥石流堆积扇和崩岗洪积扇，对应的形成主导因素为河流、季节性流水(洪水)、泥石流以及崩岗侵蚀和洪水。

(2) 冲积扇、洪积扇、泥石流堆积扇和崩岗洪积扇的地貌特征和地表环境均有区别，规划利用扇形地时，应对扇形地进行区分，对各扇形地主要的环境风险进行预防、治理或者规避，进而合理的利用、改良和保护扇形地。

(3) 可依据扇形地的地貌特征、地理分布、遥感影像及实地勘察等方法来区分不同扇形地的地貌实体。